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76 I QUADERNI DI TELÈMA Ad oggi la tecnologia a 40 Gbit/s non è prodotta su scala industriale e pertanto risulta essere costosa se paragonata con la stessa capacità a 10 Gbit/s. Tuttavia, esistono determinate topologie di rete e di carichi di traffico laddove una soluzione a 40 Gbit/s può già oggi essere considerata ragionevole e sostenibile (adottando una prospettiva di produzione in vo- lumi): ciò è particolarmente vero se si tiene presente che, ovviamente, la naturale ed inevitabile erosione nel tempo dei costi relativi al 40 Gbit/s è ancora tutta nel nostro prossimo futuro. Raoul Fiorone Marco Camera Marconi Communications Le nanotecnologie per la fotonica Una delle sfide tecnologiche cui sono indirizzati gli sforzi di Pirelli Labs sono le nanotecnologie. Questo termine generico, che viene usato in vari settori per definire un insieme di tecnologie capaci di eseguire manipolazioni della struttura di alcuni materiali a livello atomico assume, per Pirelli Labs Optical Innovation, un significato molto preciso. Esso si traduce, infatti, nella possibilità di ridurre le dimensioni fisiche della componentistica ottica dagli attuali centimetri alla scala dei micron. Ciò è effettuato mediante un insieme di processi tecnologici, generalmente denominati nanofabbricazioni. Con la nanofabbricazione si controllano dettagli sino al livello dei singoli nanometri. La piattaforma tecnologica sulla quale si fonda questa nuova classe di dispositivi è derivata dalle tecnologie e dai processi correntemente impiegati nei settori della fabbricazione dei dispositivi elettronici integrati in silicio (chip). In altri termini si può dire che le tecnologie di miniaturizzazione derivate dall’industria elettronica dei sistemi ULSI (dall’inglese, Ultra Large Scale Integration), hanno reso disponibile il mezzo per la realizzazione di sofisticati microcomponenti ottici. Dal punto di vista funzionale, alcuni dei punti salienti associati alla dispositivistica fotonica miniaturizzta sono: La potenzialità di produzione su larga scala di nanocomponenti a basso costo. La grande affidabilità dei componenti in silicio come conseguenza della profonda conoscenza di questo materiale e della sua grande diffusione nell’industria dei semiconduttori. La possibilità di realizzare dispositivi complessi capaci di operare in maniera efficiente pur mantenendo dimensioni molto contenute. La riduzione di consumo di potenza di molti dispositivi conseguente la loro miniaturizzazione. Sarà quindi possibile, mediante tali tecnologie, attuare anche nel caso ottico lo stesso processo di integrazione che per l’elettronica ha portato allo sviluppo del circuito integrato e poi alla rivoluzione della microelettronica. A livello di rete ottica, ciò renderà possibile offrire apparati per telecomunicazione ad alte prestazioni e basso costo diffondendo quindi in maniera capillare la tecnologia fotonica che oggi è per lo più confinata a livello alto nella rete ottica (comunicazione su grande distanza, grandi reti regionali etc.) Pirelli prevede di introdurre commercialmente sul mercato i primi componenti nanostrutturati già alla fine del corrente anno. Iquadernidi Massimo Gentili Pirelli Labs
I cristalli fotonici Isemiconduttori elettronici, e quindi la capacità di controllare le correnti elettriche che fluiscono al loro interno, hanno rappresentato la base portante della rivoluzione informatica che abbiamo vissuto negli ultimi anni e di cui ancora oggi avvertiamo gli effetti. Il successo della moderna microelettronica è stato dovuto proprio alla capacità di integrazione, sullo stesso chip, di molteplici elementi quali CPU, interfacce e memorie. Tutto questo si è tradotto in una sempre più vantaggiosa economia di mercato la cui scala, in breve tempo, ha raggiunto una diffusione mondiale. Così come i semiconduttori elettronici rappresentano il cuore di questi chip e quindi dei computers e di altri dispositivi di uso comune, altrettanto i semiconduttori di luce potrebbero rappresentare il primo passo per una nuova rivoluzione nel campo dell’informatica e delle comunicazioni del 21 mo secolo. I fotoni, ovvero i quanti di luce, sono i nuovi attori chiamati a sostituire i corrispettivi elettroni nel grande teatro delle moderne tecnologie. Ma come funzionano questi particolari materiali? Prima di affrontare questo problema è utile fare un passo indietro e dare una occhiata al mondo che ci circonda. Negli ultimi anni gli scienziati hanno scoperto che l’iridescenza prodotta da alcuni animali, quali ad esempio uccelli e farfalle, è spesso dovuta a microscopiche strutture reticolari presenti in superficie in grado di riflettere determinate lunghezze d’onda e assorbirne altre, assumendo così differenti tonalità di colore anche se la superficie stessa ne risultasse totalmente priva. Questo fenomeno è stato attribuito alla presenza di una novembre 2003 le nuove tecnologie fotoniche “gap di banda fotonica” indotta dalla struttura reticolare periodica. Anche nell’opale, costituito da sfere submicrometriche di silice disposte in una struttura compatta (cubica a facce centrate), è stata riscontrata una “gap di banda naturale”. Come per gli uccelli e per le farfalle però tale gap non è completa, ovvero non funziona in tutte le direzioni, e genera delle iridescenze. All’interno dei classici semiconduttori elettronici, la disponibilità di elettroni al di sopra di una così detta “gap di banda”, cioè di un intervallo di energie all’interno del quale agli elettroni è impedito di propagarsi attraverso il semiconduttore, e di lacune al di sotto della stessa determina la presenza di un flusso di corrente facilmente controllabile. Attraverso il controllo di queste correnti è possibile costruire semplici funzioni logiche e, a partire da queste, complesse strutture rappresentanti i mattoni base dei più moderni processori. Allo stesso modo i “semiconduttori di luce” possiedono una “gap di banda fotonica artificiale” costituita da un set di lunghezze d’onda alle quali non è permessa la propagazione nel mezzo stesso, proprio come avviene, in modo incompleto, nel mondo animale. Gli elementi base per accedere a questo tipo di fenomenologia sono essenzialmente la presenta di una struttura regolare e un alto indice di rifrazione. Il risultato è rappresentato dalla possibilità di controllare le proprietà della radiazione elettromagnetica in un modo assolutamente nuovo e unico. I cristalli fotonici possono assumere una configurazione monodimensionale (1D), bidimensionale (2D) o tridimensionale (3D), a a) Immagine di un’ala di farfalla b) Cristallo fotonico 1D (1) c) Cristallo fotonico 2D (1) d) Cristallo fotonico 3D, struttura ad Opale (2). (1) Lpn-Cnrs, Laboratory of Photonics and Nanostructures. (2) Università di Pavia. 77
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